CN101014252B - 从柑桔泡囊提取柑桔纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

从柑桔泡囊回收柑桔纤维以获得用于饮料、焙烤食品、肉或肉酱、糖食、果酱和果冻、乳制品、调料、能量排等的食品添加剂。柑桔泡囊任选用水洗涤，并回收水洗涤的泡囊。使所述泡囊与有机溶剂接触，获得有机溶剂洗涤的泡囊。将所述有机溶剂洗涤的泡囊除溶剂，并回收干柑桔纤维。

Description

从柑桔泡囊提取柑桔纤维的方法
发明领域
本发明涉及从柑桔泡囊(citrus vesicle)提取的柑桔纤维。获得的干柑桔纤维作为用于饮料、焙烤食品、肉或肉酱、糖食、果酱和果冻、乳制品、调料、能量排(energy bar)等的食物添加剂是有用的。
背景技术
目前用于制备柑桔汁的的方法使用提取器用于将该果实含汁内部与其外果皮分开。提取器提取的汁包含汁本身以及称作柑桔泡囊的果胶物质和纤维素物质。这些物质有时也称作粗浆、漂浮物(floater)、柑桔单元(citrus cell)、漂浮浆(floating pulp)、汁囊或浆。
一般通过过滤，使用装置例如桨式精整机、螺旋后缩聚器(screwfinisher)和涡轮过滤器将柑桔泡囊与汁分离。柑桔泡囊含有大量的汁溶固体。为节约，柑桔泡囊通常进行水洗步骤，例如使用搅拌器、螺旋混合器、搅拌机、在线静态混合器、精整机或涡轮过滤器。水洗步骤产生称为水提取的可溶性橙固体(WESOS)或简称为“浆洗”(pulpwash)的二级汁流。认为也称作“洗涤浆”的洗涤单元(washed cell)是来自该步骤的废物。一般地，将洗涤单元与(来自上述提取方法的)果皮混合，进一步加工(例如用石灰处理以有助于脱水)，并干燥用作家畜饲料。
已进行了一些努力以从柑桔废物中回收可能有价值的成分。例如，Ficca等的美国专利6,183,806 B1描述了柑桔皮提取物以及从该提取物制备的粉。将柑桔皮用酒精溶剂提取，并将固体残渣除溶剂以回收橙粉。柑桔皮以粉碎的块或颗粒提供。粉碎的块或颗粒可以以洗涤浆(果渣)的形式提供。Ficca有些非常规地使用术语“洗涤浆”指果皮的成分果渣。Ficca指出从果渣提取的橙粉与从橙皮获得的粉在组成上是相似的。
洗涤的柑桔单元含有柑桔纤维，其是一种有价值的柑桔成分，并具有相对高的总食用纤维含量以及可溶性和不溶性食用纤维平衡比例。与谷基纤维相比，不溶性纤维(主要是纤维素)以及可溶性纤维(主要是果胶)的平衡食用纤维谱在生理功能方面是有利的。柑桔纤维，特别是橙浆纤维，与其它柑桔纤维例如Vitacel柑桔纤维(可从Rettenmaier获得)相比，具有非常高的持水能力，产生高的粘性。
开发用于从柑桔泡囊回收柑桔纤维的方法，特别是以有效且相对节省成本的方式回收柑桔纤维的方法将是期望的。开发能够回收柑桔纤维而不需要使用可能有害的试剂的方法将是特别期望的。开发提供能够用作食物和饮料成分的柑桔纤维的方法将是尤其期望的。
发明内容
一方面，本发明涉及纯化柑桔泡囊中的柑桔纤维以获得适于人消费的食品添加剂的方法。所述方法包括用水洗涤柑桔泡囊以去除不需要的味道、气味、颜色、糖、酸等物质的任选步骤。使泡囊与有机溶剂接触，获得有机溶剂洗涤的泡囊。将所述有机溶剂洗涤的泡囊除除溶剂，并将其中的干柑桔纤维回收。
在本发明的一个优选实施方案中，所述提取方法使用醇溶剂，且固体-溶剂重量比为至少约0.25∶1，优选为至少约0.5∶1。所述溶剂提取以至少两个逆流阶段进行。所述溶剂的至少一部分，优选至少约70％被回收并被再利用。
在本发明的另一方面，通过上述提取方法制备干柑桔纤维。所述干柑桔纤维作为用于例如饮料、焙烤食品、肉或肉酱、糖食、果酱和果冻、乳制品例如酸乳酪、调料、能量排等的食品添加剂是有用的。
在本发明的另一方面，柑桔纤维的总食用纤维含量为约60％至约85wt％，且持水能力为约9至约25(w/w)。
在一个实施方案中，干柑桔纤维的总食用纤维含量为约60至约80wt％，且持水能力为约7至约12(w/w)。优选地，所述总食用纤维含量为至少约70wt％，且持水能力为至少约8(w/w)。
附图简述
本发明的目的、特征以及优点通过以下本发明的一些实施方案的更详尽描述以及附图中的例示将变得清楚，附图中：
图1是根据本发明的优选实施方案的两阶段逆流溶剂提取方法的示意图。
具体实施方式
将主要参照从橙泡囊中提取橙纤维来描述本发明。应理解，所述方法可以用于从来自多种其它类型的柑桔类水果的柑桔泡囊中提取柑桔纤维，所述其它柑桔类水果不限于包括红桔、酸橙、柠檬和葡萄柚在内的实例。所述柑桔泡囊一般的含水量为至少约80wt％，且通常为约90至约97wt％。
本文使用的术语“柑桔泡囊”是指柑桔类水果的内部含汁部分含有的果胶物质和纤维素物质。柑桔泡囊有时也被称为粗浆、漂浮物、柑桔单元、漂浮浆、汁囊或浆。
本文使用的术语“水提取的可溶性固体”是指通过水洗涤柑桔泡囊获得的二级汁。术语“水提取的可溶性固体”尤其包括水提取的可溶性橙固体(WESOS)。水提取的可溶性固体有时也称作“浆洗”。
术语“水洗涤的泡囊”是指通过用水洗涤将水提取的可溶性固体从中去除的柑桔泡囊。水洗涤的泡囊有时也称作“洗涤单元”或“洗涤浆”。
本文使用的术语“柑桔纤维”是指从水洗涤的泡囊获得的且与其中存在的废物成分分离的纤维成分。柑桔纤维的特征在于高的总食用纤维含量以及可溶性和不溶性食用纤维的平衡比例。柑桔纤维，特别是橙纤维具有非常高的持水能力。
与从柑桔皮获取的柑桔粉相比，柑桔纤维颜色较淡，且相对而言没有什么味道和气味。相反，从柑桔皮获得的柑桔粉特征在于柑皮味道、气味和颜色，其大大限制了产品的使用。柑桔纤维的另外优点包括较高的总食用纤维含量(例如，与58％相对，高于70％)；较低的碳水化合物含量(例如，与15％相对，约5％)；以及较高的持水能力(例如，与5.5g/g相对，高于约8克水/克纤维)。柑桔纤维的蛋白质含量一般为约8至12wt％。
对于柑桔纤维的功能而言，可溶性和不溶性食用纤维的比例是一个重要的因素。优选地，柑桔纤维具有可溶性和不溶性食用纤维的平衡比例。例如，总食用纤维优选由约45-50％可溶性食用纤维和约50％-55％的不溶性食用纤维组成。其它的重要因素包括捣精度(粒度测定)和干燥条件(干燥工艺)。通常，较高捣精度(例如较细纤维粒度测定)导致食物和饮料中的纤维更光滑的口感。密度和粒径可以根据工艺条件在宽范围内变化。举例来讲，密度可以在约80至约650g/L的范围内，而平均粒径可以在约15至约600微米的范围内。应理解，这些范围仅仅是示例。例如，在一些应用中，可能期望使用明显较大粒度。一般而言，柑桔纤维可以是非常细的结构至粗粉末结构。
如图1所示意，可通过过滤，例如使用常规过滤装置10如桨式精整机、螺旋后缩聚器或涡轮过滤器将橙泡囊与橙汁分离。然后可使用适宜的装置20如搅拌器、在线静态混合器、精整机或涡轮过滤器将橙泡囊进行任选的水洗步骤。水洗对于去除存在于柑桔泡囊中的不受欢迎的味道、气味和酸是期望的。水洗步骤20产生水提取的可溶性橙固体(WESOS)流。可以使用常规取汁装置15进一步处理所述水提取的可溶性橙固体与通过过滤10获得的汁。
使用有机溶剂去除水洗涤的泡囊的味道、气味和颜色等。所述溶剂应该是极性的且与水混溶的，以有利于去除期望的成分。优选的溶剂包括低级醇例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或丁醇。所述溶剂可以(且优选)以水溶液提供。所述溶剂溶液中的溶剂浓度最通常在约70％至约100wt％的范围内。在一个实施方案中，使用75wt％含水乙醇溶液作为溶剂。在一个优选实施方案中，使用90wt％含水乙醇溶液作为溶剂。一般而言，溶剂在较低浓度下将除去水溶性成分，而在较高浓度下将除去油溶性成分。任选地，可以将另外的非极性助溶剂加入含水醇中以改善柑桔泡囊中的油溶性成分的回收。这些非极性溶剂的实例包括乙酸乙酯、甲基乙基酮、丙酮、己烷、甲基异丁基酮和甲苯。加入的另外的非极性溶剂可以达到溶剂混合物的20％。许多溶剂，例如乙醇，具有比水低的汽化热，因此挥发需要比挥发相等质量的水所需要的能量低。优选去除溶剂并回收再利用。
优选地，以固体的湿重计，水洗涤的泡囊与有机溶剂以固体-溶剂重量比至少约0.25∶1，优选至少约0.5∶1，通常至少约0.75∶1，从1∶1至约5∶1，或从约1.5∶1至约3∶1接触。在一个实施方案中，固体-溶剂比为约2∶1。
使用单一阶段可以完成提取，但是优选使用多阶段提取例如二、三或四阶段提取方法，优选使用逆流提取来进行。涉及的可以使用的提取阶段的数量没有特别的上限。图1示意地例示了优选方案，其中两阶段逆流提取方法分别使用第一和第二溶剂提取器25a和25b。
将水洗涤的泡囊给料至第二提取器25b。含水乙醇溶剂从溶剂罐26给料至第一个溶剂提取器25a。将来自第一溶剂提取器25a的废溶剂给料至第二溶剂提取器25b，同时将来自第二溶剂提取器25b的提取的柑桔泡囊给料至第一溶剂提取器25a。可以将来自第二溶剂提取器25b的废溶剂给料至蒸发器35(任选的)以分离来自废溶剂的固体(例如糖、颜色、味道、柑桔油等)，废溶剂可以被浓缩并返回至蒸馏釜24。分离釜残液(主要是水)并除去。
每个提取阶段后，优选使用带式压滤器(未显示)进一步去除液体。带式压滤器可以是本领域技术人员已知的常规结构。合适的带式压滤器的详述见例如美国专利4,236,445、4,297,215以及5,022,989，这些文献公开的内容在此引入本文作为参考。
将来自第一溶剂提取器25a的溶剂洗涤的泡囊给料至除溶剂器30。除溶剂器30除去提取后残余的固体中的溶剂和水，能够将溶剂回收用于进一步使用，而且确保产品对于工业和商业使用安全。除溶剂器30能够利用间接热除去固体残渣中的大量溶剂。或者，能够例如通过提供来自闪蒸干燥器或流化床干燥器的热空气以提供直接热用于干燥。如果需要，可以使用直接蒸汽除去存留在固体中的任何微量溶剂。优选回收来自除溶剂器30的蒸汽并给料至蒸馏釜24以回收至少一部分溶剂。
每个提取步骤的保留时间可以在宽范围内变化，但是通常为约5分钟或更少，优选为约3分钟或更少。该一个或多个溶剂提取器中的温度取决于例如使用的溶剂类型等因素，但是最通常的范围为大气压下约40℉至约180℉。温度可以因在高于或低于大气压下操作而被适当地增减。任选地，使用技术例如超声以提高提取方法的效率。通过保持封闭系统，能够将提取、除溶剂和蒸馏期间的溶剂损失最小化。优选地，回收并再利用至少约70wt％的溶剂。溶剂补给流将新鲜溶剂递送至溶剂罐26中以补充没有回收的所有溶剂。
干橙纤维产品通常为粗粉。如果需要粉末用于特别的用途，可以将该粉磨碎。任选地，对柑桔纤维进行用于特定终用途所需或期望的一种或多种其它处理。例如，天然酶在溶剂提取处理或干燥前可以是灭活的。可以例如通过超声或通过常规的高温灭活来使酶灭活。
不象许多典型的商品纤维，本发明的橙纤维具有增稠能力，产生浆质地(粗粒级)，并具有优良的稳定性。例如，柑桔纤维可用于替代标准焙烤乳酪配方中的1％蔗糖，以具有改进的焙烤稳定性以及良好的冻/融稳定性。这表明橙纤维具有非常高的持水能力，导致相对高的粘性。
高持水能力能够有利于许多应用(例如，加工肉应用)。在其它应用中，例如在焙烤产品中，高持水能力可能是不期望的。极其细的研磨纤维(例如20至30μm粒度)通常将显示优异的感官特征(高度光滑)。
除了作为食品添加剂用于饮料、焙烤食品、肉或肉酱(例如香肠、大红肠、热狗)、糖食、果酱和果冻、乳制品、调料、能量排等之外，所述柑桔纤维还可能作为天然增稠剂用于食品例如酸乳酪，或者作为饮料体系中的其它成分的载体。用于各种食品的柑桔纤维的适宜量可以由本领域技术人员根据例如用户的偏好等因素，且仅借助于常规试验来确定。
实施例1
本实施例例示在以上描述的两阶段逆流提取方法中使用75wt％含水乙醇溶剂液体从水洗涤的泡囊中提取柑桔纤维。使用AOAC方法991.43(Prosky)分析得到的橙纤维的食用纤维含量。发现该柑桔纤维具有表1所示的组成和性质：
                 表1
 总食用纤维(TDF)   72.3％
 可溶性食用纤维(SDF)   37.1％
 不溶性食用纤维(IDF)   34.4％
 碳水化合物   5％
 蛋白质(折干计算)   1.6％N(9.7％蛋白质)
 脂肪酸(折干计算)   0.16％
 灰分   2.14％
  钠   102mg/kg
  钾   4960mg/kg
  镁   648mg/kg
  钙   1850mg/kg
  植酸   479ppm
  水分   11％
实施例2
本实施例例示制备含有橙纤维的面包。表2列出了用于制备面包的成分：
表2
  成分  量(g)
  Duo Flour(Ceres)   950
  橙浆纤维   30
  面包改良剂   100
  盐   17
  人造黄油   20
  水   551
将所有的干成分在螺旋式混合器(Veema型)中混合。然后加入水，并将得到的面团混合20分钟。将面团分成700克每份。在32℃和82％相对湿度下压片并发酵1.5个小时。将面包在平面烤箱(floor oven)中220℃下焙烤35分钟。
实施例3
本实施例例示制备含有橙纤维的调料(30％油型)。表3列出了用于制备调料的成分：
           表3
 成分 量(wt％)
 糖   3
 盐   2
 山梨酸钾   0.12
 水   49.8
 油   12
 橙纤维   3
 蛋黄粉   1.5
 黄原酸胶+瓜耳胶   0.2
 向日葵油   18
 醋   7.2
 芥末   3
将水和酸相加入Fryma胶体研磨器中。然后加入分散外相并均化30秒。将油相在接下的1分钟之内加入，并将混合物另外乳化30秒。然后将调料装入罐中。
实施例4
本实施例例示制备含有橙纤维的汉堡牛肉饼。表4列出了用于制备汉堡牛肉饼的成分：
         表4
  成分   量(wt％)
  牛肉(磨碎)   90
  香料   1.5
  橙纤维   1.5
  水   7
将所有成分(除香料外)在N50CE型Hobart搅拌器中以速度1掺合。30秒后加入香料。将混合物掺合达5分钟，2.5分钟后将该物质用手动转动。将该物质在冰箱中冷却2小时。将汉堡制成每份90克直径80mm。汉堡可以在煎锅中烹饪直至内部温度为74-75℃。
实施例5
本实施例例示制备含有橙纤维的果酱。表5列出了可用于制备果酱的成分：
                 表5
  成分   量(wt％)
  混合浆果(Mixed Berries)(红色水果，冷冻)或草莓 43
  蔗糖   25
  果糖糖浆   25
  橙纤维   2
  水   5
  柠檬酸溶液(50％)   调整pH至3.4
可将水果、甜味剂和水一起掺合并烹煮。然后可加入橙纤维并沸腾至得到期望的干物质。然后可加入柠檬酸溶液，直至混合物达到pH 3.4。可将果酱趁热装入玻璃罐中。
实施例6
本实施例例示制备能量排。表6列出了用于制备能量排的成分。
                  表6
  成分   量(wt％)
  果糖糖浆   14
  蔗糖   8
  异麦芽酮糖(Cerestar Cargill)   15
  水   3
  甘油   3
  椰子油   7
  橙纤维   3
  Red fruity nuggets   15
  卵磷脂   1
  燕麦片   13
  Soy nuggets   11
  乳清粉   7
将甜味剂和水在锅中加热至88℃。将熔融脂肪和卵磷脂在Hobart搅拌器中以速度1掺合1分钟。将甜味剂加入脂肪中，并以速度1掺合1分钟。加入干成分，并以速度1混合30秒。将混合物放置在薄板上，并切成期望的大小。然后将这些排冷却并包装。
虽然描述并例示了本发明的特定实施例，但应理解，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以对本发明进行修改。本申请涵盖落入本文所公开和要求保护的基础发明的精神和范围内的任何修改。

Claims (23)

1.一种从与柑桔汁分离出的柑桔泡囊回收柑桔纤维以获得适于人消费的食品添加剂的方法，所述方法包括：
(i)有机溶剂提取步骤，该步骤为使柑桔泡囊与有机溶剂接触，获得有机溶剂洗涤的泡囊；和
(ii)将所述有机溶剂洗涤的泡囊除溶剂，并从中回收干柑桔纤维，
其中所述有机溶剂提取步骤是单一阶段或多阶段提取，且在每个提取阶段中的保留时间为5分钟或更少，以及其中所述干柑桔纤维的总食用纤维含量为60至85wt％，且持水能力为7至25(w/w)。
2.权利要求1的方法，所述方法还包括用水洗涤所述柑桔泡囊，并从中回收水洗涤的泡囊；并且其中所述有机溶剂提取步骤为使所述水洗涤的泡囊与所述有机溶剂接触。
3.权利要求1或2的方法，其中所述有机溶剂为醇。
4.权利要求3的方法，其中所述有机溶剂为乙醇。
5.权利要求1或2的方法，其中所述柑桔泡囊从选自橙、红桔、酸橙、柠檬和葡萄柚的柑桔属水果获得。
6.权利要求1或2的方法，其中所述柑桔泡囊的含水量为至少80wt％。
7.权利要求1或2的方法，其中所述水洗涤的泡囊与有机溶剂以固体-溶剂重量比为至少0.25∶1接触。
8.权利要求1或2的方法，其中所述有机溶剂提取以至少两个逆流阶段进行。
9.权利要求1或2的方法，其中所述有机溶剂提取以连续方法进行。
10.权利要求1或2的方法，其中所述有机溶剂是水混溶的。
11.权利要求1或2的方法，其中所述有机溶剂的浓度为至少70wt％。
12.权利要求1或2的方法，其进一步包括在压滤器上挤压所述有机溶剂提取物以去除液体。
13.权利要求1或2的方法，其中所述有机溶剂的至少一部分被再循环并回收。
14.权利要求13的方法，其中所述有机溶剂的至少70wt％被回收。
15.权利要求1或2的方法，其中所述干柑桔纤维的总食用纤维含量为60至85wt％。
16.权利要求1或2的方法，其中所述干纤维的持水能力为7至25(w/w)。
17.权利要求4的方法，其中所述溶剂提取以至少两个逆流阶段以至少0.25∶1的固体-溶剂重量比进行，所述干柑桔纤维的总食用纤维含量为60至85wt％，且持水能力为7至25(w/w)，所述方法还包括：
提供来自选自橙、红桔、酸橙、柠檬和葡萄柚的柑桔属水果的所述柑桔泡囊，其中所述柑桔泡囊的含水量为至少80wt％；
回收并再循环所述乙醇溶剂的至少一部分。
18.通过权利要求1-17之一的方法得到的干柑桔纤维，其中所述总食用纤维含量为至少70wt％，且所述持水能力为至少8(w/w)。
19.权利要求18的柑桔纤维，其中所述总食用纤维包含45至50wt％可溶性食用纤维和50至55wt％不溶性食用纤维。
20.权利要求18的柑桔纤维，其从选自橙、红桔、酸橙、柠檬和葡萄柚的柑桔属水果获得。
21.一种适于人消费的食品添加剂，其包含权利要求18的干柑桔纤维。
22.权利要求21的食品添加剂，其中所述总食用纤维含量为60至80wt％，且所述持水能力为7至12(w/w)。
23.一种食品，其选自饮料、焙烤食品、肉、肉酱、糖食、果酱和果冻、乳制品、调料和能量排，所述食品含有权利要求21的食品添加剂。
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